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潘本棟:SP預應力空心板在居住建築中的應用和發展
 
 
導讀

本文發表於2002年1月《混凝土》期刊,作者簡介如下:

潘本棟,沈陽福星現代建材有限公司總工程師。

SP預應力混凝土空心板由美國SPANCRETE公司引進,該板跨度大,承載力高,抗震,隔音性能好。且板長可根據用戶要求任意切割,不受建築模數限製。其主要優點為:跨度可達18m,承載能力可達10kN/㎡,破壞荷載達20kN/㎡;開裂荷載超過10kN/㎡,且裂縫均勻細密;隻發生延性的撓曲破壞,無脆斷,卸載後的殘餘變形很小。對於滿足大開間樓蓋可以形成靈活分割的空間,實現豐富多變的戶型,滿足人們生活方式的多樣性具有十分重要的意義。

我國的建築混凝土預製行業已經走過了40多年的艱辛曆程,也曾經有過它的輝煌,為我國的建築業做出過不可磨滅的貢獻。20世紀80年代後期曾有過低水平、低層次的過熱發展,眾多的鄉鎮企業,數不清的劣質產品及不平等競爭使全行業遭受了損失,混凝土預製構件業的總產量逐年下降,預製行業進入衰退期。目前,現澆混凝土樓板正迅速取代預製板,成為住宅樓蓋的主要形式,這種變化在大城市更為突出,部分地區甚至行政規定取消預應力混凝土空心板屋蓋和樓蓋,統一采用鋼筋混凝土澆製樓蓋或屋蓋。這一規定在某種程度上避免了因采用傳統預製板所帶來的質量通病,但也在極大程度上限製了SP板的應用和發展。近幾年來,SP板雖然在我國取得了巨大發展,廣泛應用於各個領域,但在占建築業主流市場的住宅產業卻應用甚少,受上述規定限製,各地房地產開發公司隻能采用費工費時的現澆混凝土結構。

現澆結構在我國近幾年來雖然取得了快速發展,但也逐漸暴露了其缺點。首先是結構抗裂性能差,由於商品混凝土及泵送帶來混凝土成分和性能的變化,要求較大的流動性和坍落度,而且粗骨料較少,粉末含量高,容易離析,且體積穩定性差。現澆樓蓋雖然具有較好的整體性,但由於約束多,溫差應力加上現場施工不利因素的影響,容易產生裂縫,嚴重的裂縫貫穿板底,寬度可超過1.5mm。板的裂縫及因此而引起的滲漏已成為困擾住宅產業發展的重要原因。第二,現澆混凝土的施工工藝複雜,工期長,從支模板、綁紮鋼筋到澆築混凝土、拆模板,養護等工藝均在現場完成,使得質量和工期很難得到保證。第三,由於非預應力現澆混凝土樓板采用低強度等級的鋼筋及混凝土,材料用量較大,因而加大了結構自重和造價。第四,現澆混凝土板跨度和承載能力有限,由於無法采用高強材料,非預應力鋼筋的實心板樓蓋適用的跨度仍然有限,很難形成真正意義上的大開間樓蓋。此外,現澆混凝土需要較高的技術裝備,如成套組裝模板和支撐係統,充足的商品混凝土等等。同時,現澆混凝土也不符合現代化施工要求,現代化施工的重要內容之一是工廠化,裝配化,標準化,現場濕作業量少且無粉塵及噪聲等環境汙染,如單純強調現澆,不如說是混凝土施工技術的倒退。世界上很多發達國家建築混凝土預製構件在混凝土施工技術中所占比例仍然比較大,大多是現澆和預製相結合,是以裝配和半裝配混凝土為主要發展方向。

SP板是利用國外先進的生產技術和工藝設備,采用高強度低鬆弛1860級鋼絞線作為受力筋,混凝土強度等級達C45,使板在大跨度、重載情況下構件的截麵高度大為降低,此時構件剛度裂縫問題可能成為樓板設計的控製條件,但由於SP板獨特的邊槽設計使得預製樓板的灌縫及麵層作好後的整體作用和剛度加強,使得撓曲變形與計算相比成倍減小,並不影響樓板的使用功能。同時,SP板作為預製混凝土構件在工廠製作過程中已經越過了收縮峰值和峰期,並完成了大部分變形量,體積已基本穩定。另外,構件本身以預應力抵消拉應力,其裂縫控製性能遠優於現澆混凝土結構。對於易出現滲漏的板縫,通過構造處理和精心施工是完全可以避免的,該板在防火性能檢測試驗時,由3塊板拚製成尺寸為4.8mX3.6m的試件,板縫僅用摻適量膨脹劑的普通水泥砂漿灌築,板上外加荷載為18kN/,在周邊無約束的情況下,板底受溫1000度1小時後,板縫仍然保持完整無損。因此,在SP板施工時,隻要按照標準施工是完全可以避免出現板縫開裂的。

對於抗震問題,人們總有預製構件抗震性能不好的誤解。其實,隻要按現行設計規範和施工規程執行,同樣可以滿足各級烈度設防的要求。尤其引進的SP板,在國外,是一項十分成熟的技術,廣泛應用於各級地震烈度區。其完善的隔板體係設計理論計算方法和節點構造,可充分保證地震水平荷載的傳遞和分配,滿足結構安全度的要求。同時,還可在板上任意位置開孔,采取措施孔口尺寸可達1. 2m以上,可滿足各種上下管道安裝。與傳統預製板相比具有施工簡單,縮短工期等優點,能滿足大跨、重荷、大開間樓蓋的要求,實現真正意義上大開間的人性化住宅。

對於高層建築和強地震區,可以采用疊合式SP板,即國標圖集99ZG408中的SPD板。施工時利用SP板作底模,在板上現澆混凝土而形成的疊合板樓蓋。上部現澆混凝土層內配置分布鋼筋,支座處加配負彎矩鋼筋。這種疊合板不僅具有預製板施工工期短、工藝簡單,又具有現澆板式樓蓋整體性好的優點,而且又避免了現澆樓蓋易產生的收縮裂縫和預製板樓蓋板縫處易產生滲漏的缺點;同時,由於疊合層的作用使得樓蓋形成一整體,大大增加樓蓋的承載力和剛度,減少了變形撓度;沿支座周邊配置的負彎矩鋼筋,增大抗力,減小變形;另外,還可在後澆的疊合層中鋪設各種管道和埋件。

對於SP板在住宅產業中的應用,這幾年來,我國的專家學者也做了大量的應用研究工作,取得了一定的成績,由清華大學和北京市建築設計研究院一起完成了SP板與混凝土牆連接節點的試驗研究並獲得國家專利局的認可,使得SP板在多、高層建築的應用變成現實。目前,部分地區SP板在居住建築中應用實現了零的突破,SP板應用於住宅中大開間的客廳部分已被人們所接受,應用SP板不僅具有施工速度快、降低房屋層高、隔音效果好的特點,還具有綜合造價低的優點。在遼寧地區已用SP板建成開間為7. 5m的試用房,目前使用效果良好,但略感開間偏小,如果開間能夠達到9m使用效果會更好。

近幾年來,隨著我國政府部門對粘土磚限製使用力度的加大,混凝土砌塊得到了較大的發展,一種新的結構體係正在形成並逐步完善,即利用SP板和混凝土小型空心砌塊配筋砌體一起組成板塊結構體係,這種結構體係可充分發揮SP板大跨度和高強度砌塊承重的功能,房屋的開間可達9m-12m,這也是SP板較經濟的跨度,房屋的層數可達6-12層,對外牆門窗開洞的限製較為寬鬆,這些優良的特性必將受到建築師的歡迎。與傳統的結構相比,具有綜合造價低、使用麵積大、可進行靈活多樣的分隔,充分實現以人為本的建築思想。而且由於該結構體係中配筋砌體剪力牆與混凝土剪力牆結構受力性能相似,即具有強度高、延性好、施工方便等特點,是與SP板匹配的承重結構。此結構類型在國外應用非常廣泛,尤其是在美國已形成一套完整的設計、計算體係理論,可用於多層,也可適用於高層建築:既可在非地震區,也可在強地震區應用。2001年5月份由國標所組織的美國SP板協會和砌塊協會的專家對美國的板塊結構的應用情況和設計體係理論及其計算方法作了全麵的介紹,這種新型結構得到廣泛應用必將促進和推動SP板的發展。

我國是一個人口眾多、土地資源缺乏的國家,人平均耕地麵積隻有一畝多。因此,多層建築必將成為我國居住建築的主流,但房屋的結構布置將以大開間、靈活隔斷的開放式建築為發展方向,居住的布置方式和隨著居住人口和生活習慣的不同實現可變性。因此,能夠真正實現開放式建築夢想的SP板與混凝土空心砌塊相結合的板塊結構體係將是我國目前和將來居住建築的主要結構形式,SP板必將成為實現我國居住建築可持續發展的重要建築材料之一。在SP板廣泛應用的美國和日本等工業發達國家,SP板的主要用戶都是開間為9m-12m的大開間居住建築,民用建築中的應用量約占其生產總量的60%以上,這數據與我國國內使用SP板的情況卻相差甚遠,據不完全統計,國內使用SP板做住宅的比例不超過15%,究其原因:一是我國SP板引進時間短,應用經驗少,部分房地產開發商、設計院及居民用戶還不了解SP板;二是與SP板相配套的產品少,如抗壓強度高、施工速度快、結構整體性好的混凝土砌塊未能普遍推廣應用,以及施工方便、形式多樣的輕質隔牆材料少;三是部分地區政府部門限製預製板在居住建築中使用的規定.但隨著我國住宅產業化進程的加快,混凝土空心砌塊的大量應用,各種輕質隔牆材料的開發利用以及各式各樣的建築製品的商品化,為SP板的發展提供了廣闊的前景。天津“太平洋村”的住宅實景展區的樣板工程建築已證明了SP板所具有的跨度大、質量好、施工周期短、綜合造價低、應用靈活多樣的優點。這也充分證明SP板在居住建築中廣泛應用的可行性。

結語

目前,國內關於SP板應用技術僅有標準圖集和將要出版的施工手冊,其設計手冊正在編製之中,板的應用不是十分方便和成熟,還處於起步階段。因此,還需要各級政府部門的大力支持和技術人員的配合,使我國預製構件可持續發展,避免將來要依靠預製構件來解決建築業中的某些問題時,再從新組建這個行業,從而鑄成曆史性的錯誤。

 

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